能源化利用技术 2009年的国家科学技术奖励大会上，“农业废弃物气化燃烧能源化利用技术与装置”荣获2008年度国家科技进步二等奖。获奖成果的非同寻常之处在于，它形成了适合于我国国情的农业废弃物气化发电系统，设备已全部实现国产化，技术处于国际先进水平，投资不到国外同类技术的2/3，运行成本也降低50%左右。近年来，农业废弃物的能源化利用越来越受到科学家乃至大众的关注。它在国家能源多元化战略中占有怎样的位置？技术上进展如何？推广中难点何在？未来的发展之路又在何方？中科院广州能源所有关专家对一系列问题做了解答。
秸秆正在变成“宝贝” “从‘七五’时期开始，我们已经在关注农业废弃物能源化利用技术，至今已研究了近20年。”谈起该领域的变化，中科院广州能源所所长吴创之颇为感慨。“20年前，石油问题并不像今天这么突出，因此农业废弃物的能源化利用鲜有人去关注。而现在，它已经成为循环经济和节能减排领域的重要课题。”
吴创之介绍，我国是农业大国，每年产生的各类秸秆等农业废弃物约6.5亿至7亿吨，其中约30%还田，20%至30%作为农村生活燃料，10%至15%作为饲料或造纸等工业原料，其余的在地里浪费。
近年来，随着农村生活水平的提高，越来越多的农民开始使用煤炭、石油液化气和天然气等商品能源，以农业秸秆作为生活能源的地区越来越少，大量的秸秆在收割季节就地焚烧，产生大量浓烟和灰尘，污染大气，成为特殊的环保难题。虽然国家和很多地方都出台了秸秆禁烧文件，但由于各种秸秆废弃物数量巨大，而目前可大规模有效利用的技术途径较少，浪费和焚烧问题仍然很严重。
事实上，这些秸秆完全可以变成“宝贝”。和其他生物质一样，农业秸秆也是植物通过光合作用，把太阳能固定于地球上的有机物，其化学成分与煤、石油、天然气等化石类燃料相似，按所含能量计算，2吨秸秆相当于1吨标煤，这决定了它们具备能源化利用的潜质。
但是，由于秸秆能量密度低、种类复杂，适用于煤和石油的常规能源技术很难方便高效地用于秸秆。如何高效、低成本地利用秸秆中的能量，一直是实现农业废弃物能源化利用的瓶颈问题。
农业废弃物能源化利用方式多种多样，可以压块成型，也可以液化利用，而发电利用是目前应用最多也最有效的方法。
传统上，农业废弃物发电技术主要采用直接燃烧，产生蒸气发电的办法。但这一办法只有在规模大时效率才高，适于现代化大农场或大型加工厂的废物处理，对于农业废弃物较分散、收集运输手段较落后的发展中农业国家则不适合。目前，国内建设的一些秸秆燃烧发电站都出现了较大的成本问题，说明大规模秸秆燃烧发电技术在我国确实有较大的局限性。但另一方面，我国农村经济发展迅速，电力供应存在较大的缺口，开发适合我国农业特点的中小规模生物质发电技术，灵活高效地利用农业废弃物资源，不失为一条有效的解决途径。
“农业废弃物气化燃烧能源化利用技术与装置”的研究正是着眼于中小规模的生物质发电。其推广应用不仅为解决农村普遍存在的“秸秆焚烧”难题提供了有效途径，更对发展农村经济、提高农民就业创造了有利条件。
吴创之算了一笔账：如果农民把秸秆卖去发电，1亩地1年可增收100元；每建设一个10兆瓦的项目，就可以解决200个农民的就业。
“我国还承担着很重的节能减排任务，我们应该把农村的资源、农村的能源和农村的发展结合起来。”吴创之指出，如果一个镇上建这样一座10兆瓦的电厂，每年能够减少大约6万吨的二氧化碳，现在国际上减排1吨二氧化碳成本约为140美元，这样算来，新的生物质发电技术如果得到推广，将为国家省下一笔不菲的二氧化碳减排成本。
规模适当，效率要高 与传统技术相比，新的中小型生物质气化发电技术的优势何在呢？
吴创之介绍，最大的好处在于，传统的大型燃烧技术需要一个县或者几个县的规模，而新的技术只需一个镇的规模，运输半径小于10公里。这样，农民开着自己的手扶拖拉机等小型农用车随时都能运送，大大降低了原料运输和储存的成本。规模虽然小了，发电效率却得到了提高。新技术在10兆瓦以内，可以达到传统技术25兆瓦以上的效率。
在核心技术上，广州能源所的专家们实现了三大突破：一是突破了农业废弃物高效气化技术，能够把秸秆、谷壳、花生壳、树枝等各种不同特点的生物质统一变成可燃气体，使其像煤气一样易于利用；二是研制出了简单可靠的燃气净化集成系统，能够很好地净化生物质燃气中的杂质，使其达到发电设备的要求；三是突破了小规模独立应用的发电技术，提高了发电效率。
经过近10年的研究，广州能源所已经绘制了具有我国特色的农业废弃物能源利用技术路线，研制出的农业废弃物气化发电系统具有鲜明的特点。一方面实用性和适应性强，在我国大部分地区都具有推广的条件；另一方面又具有充分的灵活性，目前研制成功并应用的气化发电系统最小规模为200千瓦，最大已达6000千瓦，可以根据规模的大小选用合适的发电系统，符合我国农业废弃物比较分散的特点。此外，还具有较好的洁净性，环保效益明显。
迄今为止，中小规模生物质气化发电关键技术、核心设备和系统集成等方面已取得了6项发明专利，3项实用新型专利，而设备已全部实现国产化，投资不到国外同类设备的三分之二，运行成本比国外低50%左右。
广州能源所的专家们正在已有技术的基础上开发新的技术。原来只是将生物质用来发电，而下一步他们希望用相同的核心技术，将生物质变为液体燃料，代替农村现在用的液化气，以解决今后农村面临的能源紧张问题。
“现在农村的能源主要有三种：一种是在落后地区仍然在烧的秸秆、柴禾，另一种是烧煤，第三种是沿海发达地区农村已经普遍使用的液化气。其实，使用液化气是全国的趋势，但农村不同于城市，存在搭建管道的难题。同时，液化气肯定会越来越少、越来越贵。未来怎么办？我们完全可以把秸秆变成液化气的替代品，去满足农村高层次的能源需求。而这也是国家‘十一五’863计划正在攻克的一个难题。”吴创之说。
推广应用，初见端倪 在国家863项目支持下，利用生物质气化发电技术在江苏兴化建成装机容量为5兆瓦的示范电站，该电站示范运行中每天可发电8万多千瓦时，年发电可达2500多万千瓦时，最高发电效率达到27.8%左右，是目前亚洲最大的生物质气化发电厂，也是国际上第一个可以实现商业运行的中型生物质气化联合循环电厂，性价比处于国际领先水平。运行结果表明，生物质发电的上网成本约为0.55元/千瓦时，而按我国已颁布的生物质发电补贴办法，江苏生物质能电价最高可达0.75元/千瓦时，具有明显的社会经济效益。
为了提高生物质气化发电站的成套性和实用性，专家们在进行应用示范的同时，又开发了从400千瓦到10兆瓦的不同规格的气化发电装置。自2001年以来，已签订生物质气化发电项目27个，总装机容量40多兆瓦，累计销售设备合同额近1.65亿元，每年新增发电量近1亿千瓦时。
在我国农村，这一新技术的推广已经取得了显著效益，在国内先后建成中小型生物质气化发电站22座，为农村提供1000多人的就业岗位；先后利用废料共30多万吨，相当于节约标煤约15万吨，避免了大量的焚烧污染，与燃煤电站相比，减排二氧化碳约35万吨、二氧化硫约5000吨，节能减排效果明显。
虽然长期的实践已经证明了新技术的良好效益，但推广难的问题也越来越清晰地显现出来。
“最开始我们在农村缺电的地方推广这项技术，应用于木材厂、碾米厂等乡镇企业，由于电比较贵，供应又很不稳定，这些企业可以用我们的设备自己发电自己用。秸秆焚烧难题凸现出来以后，我们开始瞄准农业秸秆丰富的地方，如湖北、江苏等盛产棉花(13520,55.00,0.41%)、水稻的省份进行推广。但目前看来，推广还是比较困难，问题主要存在于三个方面。”吴创之说。
问题之一在于生物质发电相对于水电和煤电来说贵了很多。生物质发电规模小，比较分散，效率偏低，为此，国家进行了每千瓦时电0.25元的补贴。但各种成本算在一起，电价仍然比较高，难以保证企业盈利，因而对投资者缺乏足够的吸引力。
问题之二在于原料供应没有保障。农民提供的原料是有季节性的，某几个月有，某几个月又没有。同时，农民愿意卖就卖，不愿意卖也没有办法。由于对原料的市场控制能力差，电厂的运行时间无法保障。如果一个电厂年发电6000小时才能盈利，那么只发电4000小时肯定亏本。
问题之三在于新技术是适合于分散利用的，而现在分散利用的技术还不多，因而还没有明确的政策支持。生物质能与风能等新能源不同，并不是越大越好。现有政策补贴明确要求12兆瓦以上的电站，而新技术适合10兆瓦以下的，国家补贴没有明确规定，因而目前的小型发电项目大部分上网困难。
如何使这项利国利民的农业废弃物能源化利用技术真正惠及千家万户？吴创之认为，这需要多策并举：一方面，要尽快探索出有利于农业秸秆收集和管理的模式；另一方面，要发展更多适于分散利用的农业废弃物发电技术。同时，应尽快出台相关政策，支持农村分散利用生物质，而不仅仅是大规模的工业化利用。
“过去农业废弃物气化发电领域90%都是我们在做，量虽小，却是一个很好的开端。今天，越来越多的研究者和企业已经开始关注这一领域，相信在国家的支持下，它将获得快速发展，为国家节能减排和农村发展做出应有贡献。”吴创之满怀信心地说。
